高考物理創(chuàng)新案例(人教版)實驗二 研究彈力與彈簧伸長的關(guān)系ppt

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,歡迎進入物理課堂,一、實驗?zāi)康?．探究彈力和彈簧伸長量之間的關(guān)系．2．學(xué)會利用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)．,二、實驗原理1．如圖實－2－1所示，在彈簧下端懸掛鉤碼時彈簧會伸長，平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等．2．彈簧的長度可用刻度尺直接測出，伸長量可以由拉長后的長度減去彈簧原來的長度進行計算．這樣就可以研究彈簧的彈力和彈簧伸長量之間的定量關(guān)系了．,三、實驗器材鐵架臺、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、三角板、坐標紙、重垂線、鉛筆．四、實驗操作1．實驗步驟(1)將彈簧的一端掛在鐵架臺上，讓其自然下垂，用刻度尺測出彈簧自然伸長狀態(tài)時的長度l0，即原長．,(2)如圖實－2－2所示，在彈簧下端掛質(zhì)量為m1的鉤碼，量出此時彈簧的長度l1，記錄m1和l1，填入自己設(shè)計的表格中．,(3)改變所掛鉤碼的質(zhì)量，量出對應(yīng)的彈簧長度，記錄m2、m3、m4、m5和相應(yīng)的彈簧長度l2、l3、l4、l5，并得出每次彈簧的伸長量x1、x2、x3、x4、x5.,2．數(shù)據(jù)處理(1)以彈力F(大小等于所掛鉤碼的重力)為縱坐標，以彈簧的伸長量x為橫坐標，用描點法作圖．連接各點，得出彈力F隨彈簧伸長量x變化的圖線．(2)以彈簧的伸長量為自變量，寫出曲線所代表的函數(shù)．首先嘗試一次函數(shù)，如果不行則考慮二次函數(shù)．(3)得出彈力和彈簧伸長之間的定量關(guān)系，解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義．,五、注意事項1．所掛鉤碼不要過重，以免彈簧被過分拉伸，超出它的彈性限度．2．每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大一些，從而使坐標上描的點盡可能稀，這樣作出的圖線更精確．3．測量彈簧的原長時要讓它自然下垂．測彈簧長度時，一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時測量，以減小誤差．,4．描點畫線時，所描的點不一定都落在一條曲線上，但應(yīng)注意一定要使各點均勻分布在曲線的兩側(cè)．描出的線不應(yīng)是折線，而應(yīng)是平滑的曲線．5．記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力與彈簧伸長量的對應(yīng)關(guān)系及單位．,六、誤差分析1．鉤碼標值不準確及彈簧長度測量不準確帶來誤差．2．作圖時描點及連線不準確也會帶來誤差．3．彈簧豎直懸掛時，未考慮彈簧自身重力的影響而帶來誤差．,[例1](1)在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的實驗中，以下說法正確的是.A．彈簧被拉伸時，不能超出它的彈性限度B．用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力，應(yīng)保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài)C．用直尺測得彈簧的長度即為彈簧的伸長量D．用幾個不同的彈簧，分別測出幾組拉力與伸長量，得出拉力與伸長量之比相等,(2)某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的實驗，他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長，用直尺測出彈簧的原長L0，再把彈簧豎直懸掛起來，掛上鉤碼后測出彈簧伸長后的長度L，把L－L0作為彈簧的伸長量x，這樣操作，由于彈簧自身重力的影響，最后畫出的圖線可能是圖實－2－3中的.,解析：(1)實驗中應(yīng)以所研究的一根彈簧為實驗對象，在彈性限度內(nèi)通過增減鉤碼的數(shù)目來改變對彈簧的拉力，以探索彈力與彈簧伸長的關(guān)系，并且拉力和重力平衡，所以選A、B.(2)由于考慮彈簧自身重力的影響，當不掛鉤碼時，彈簧的伸長量x＞0，所以選C.,答案：(1)AB(2)C,[例2]利用如圖實－2－4甲所示裝置做探究彈力和彈簧伸長關(guān)系的實驗．所用的鉤碼每只的質(zhì)量為30g．實驗中，先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將5個鉤碼逐個加掛在彈簧下端，穩(wěn)定后依次測出相應(yīng)的彈簧總長度，將數(shù)據(jù)填在表中．(彈力始終未超過彈性限度，取g＝10m/s2),圖實—2—4,(1)在圖實－2－4乙坐標系中作出彈簧彈力大小F跟彈簧總長度x之間的函數(shù)關(guān)系的圖線．(2)由圖線求得該彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m.(保留兩位有效數(shù)字),[答案]見解析,[例3]在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系，并測定彈簧的勁度系數(shù)”的實驗中，實驗裝置如圖實－2－6所示．所用的每個鉤碼的重力相當于對彈簧提供了向右恒定的拉力．實驗時先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將5個鉤碼逐個掛在繩子的下端，每次測出相應(yīng)的彈簧總長度．,(1)有一個同學(xué)通過以上實驗測量后把6組數(shù)據(jù)描點在坐標圖實－2－7中，請作出F－L圖線．,(2)由此圖線可得出該彈簧的原長L0＝________cm，勁度系數(shù)k＝________N/m.(3)試根據(jù)以上該同學(xué)的實驗情況，請你幫助他設(shè)計一個記錄實驗數(shù)據(jù)的表格(不必填寫其實驗測得的具體數(shù)據(jù))．(4)該同學(xué)實驗時，把彈簧水平放置與彈簧懸掛放置相比較．優(yōu)點在于：_______________________________________缺點在于：_______________________________________,[解析](1)用平滑的曲線將各點連接起來，如圖實－2－8所示：,圖實－2－8,(2)彈簧的原長L0即為彈力為零時彈簧的長度，由圖象可知，L0＝510－2m＝5cm.勁度系數(shù)為圖象直線部分的斜率，k＝20N/m.(3)記錄數(shù)據(jù)的表格如下表：,(4)優(yōu)點是：避免彈簧自身所受重力對實驗的影響；缺點是：彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦造成實驗的誤差．,[答案](1)見解析(2)520(3)(4)見解析,1．一個實驗小組在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的實驗中，使用兩條不同的輕質(zhì)彈簧a和b，得到彈力與彈簧長度關(guān)系的圖象如圖實－2－9所示．下列表述正確的是()A．a(chǎn)的原長比b的長B．a(chǎn)的勁度系數(shù)比b的大C．a(chǎn)的勁度系數(shù)比b的小D．測得的彈力與彈簧的長度成正比,解析：圖象的橫軸截距表示彈簧的原長，A錯誤；圖象的斜率表示彈簧的勁度系數(shù)，B正確，C錯誤；圖象不過原點，D錯誤．,答案：B,2．(2010福建高考)某實驗小組研究橡皮筋伸長與所受拉力的關(guān)系．實驗時，將原長約200mm的橡皮筋上端固定，在豎直懸掛的橡皮筋下端逐一增掛鉤碼(質(zhì)量均為20g)，每增掛一只鉤碼均記下對應(yīng)的橡皮筋伸長量；當掛上10只鉤碼后，再逐一把鉤碼取下，每取下一只鉤碼，也記下對應(yīng)的橡皮筋伸長量．根據(jù)測量數(shù)據(jù)，作出增掛鉤碼和減掛鉤碼時的橡皮筋伸長量Δl與拉力F關(guān)系的圖象如圖實－2－10所示．從圖象中可以得出________．(填選項前的字母),A．增掛鉤碼時Δl與F成正比，而減掛鉤碼時Δl與F不成正比B．當所掛鉤碼數(shù)相同時，增掛鉤碼時橡皮筋的伸長量比減掛鉤碼時的大C．當所掛鉤碼數(shù)相同時，增掛鉤碼時橡皮筋的伸長量與減掛鉤碼時的相等D．增掛鉤碼時所掛鉤碼數(shù)過多，導(dǎo)致橡皮筋超出彈性限度,解析：本題意在考查學(xué)生的識圖、用圖能力．圖中兩條線都不是直線，故Δl與F不成正比，A項錯；比較兩條曲線可知，在拉力相等時，減掛鉤碼時橡皮筋的伸長量大于增掛鉤碼時的伸長量，B、C項錯，故D項正確．,答案：D,3．某同學(xué)在做研究彈簧的形變與外力的關(guān)系實驗時，將一輕彈簧豎直懸掛讓其自然下垂，測出其自然長度；然后在其下部施加外力F，測出彈簧的總長度L，改變外力F的大小，測出幾組數(shù)據(jù)，作出外力F與彈簧總長度L的關(guān)系圖線如圖實－2－11所示．(實驗過程是在彈簧的彈性限度內(nèi)進行的)由圖可知該彈簧的自然長度為________cm；該彈簧的勁度系數(shù)為________N/m.,答案：1050,4．以下是一位同學(xué)做“探究形變與彈力的關(guān)系”的實驗．(1)下列的實驗步驟是這位同學(xué)準備完成的，請你幫這位同學(xué)按操作的先后順序，用字母排列出來是______．A．以彈簧伸長量為橫坐標，以彈力為縱坐標，描出各組數(shù)據(jù)(x，F(xiàn))對應(yīng)的點，并用平滑的曲線連結(jié)起來B．記下彈簧不掛鉤碼時，其下端在刻度尺上的刻度L0C．將鐵架臺固定于桌子上，并將彈簧的一端系于橫梁上，在彈簧附近豎直固定一刻度尺,D．依次在彈簧下端掛上1個、2個、3個、…鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時，彈簧下端所對應(yīng)的刻度并記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼E．以彈簧的伸長量為自變量，寫出彈力與彈簧的伸長量的關(guān)系式F．解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義,(2)下表是這位同學(xué)探究彈力大小與彈簧伸長之間的關(guān)系所測的幾組數(shù)據(jù)：,①在圖實－2－12的坐標上作出F－x圖線；②寫出曲線的函數(shù)表達式(x用cm作單位)：________；③函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義________．,解析：(1)CBDAEF(2)①依據(jù)上述表中的數(shù)據(jù)在直角坐標系中描點，并過這些點作出圖線，如圖所示．②根據(jù)所作的圖線可寫出函數(shù)表達式為：F＝0.43x③根據(jù)胡克定律F＝kx知函數(shù)表達式中的常數(shù)為彈簧的勁度系數(shù)，其物理意義是彈簧每伸長或壓縮0.01m(1cm)所需的拉力或壓力大小為0.43N.,答案：(1)CBDAEF(2)①見解析②F＝0.43x③彈簧每伸長或縮短0.01m(1cm)所需的拉力或壓力大小為0.43N,(2)有一段橫截面是圓形的橡皮筋，應(yīng)用如圖實－2－13所示的實驗裝置可以測量出它的楊氏模量Y的值．首先利用測量工具a測得橡皮筋的長度L＝20.00cm，利用測量工具b測得橡皮筋未受到拉力時的直徑D＝4.000mm，那么測量工具a應(yīng)該是________，測量工具b應(yīng)該是________．,(3)下面的表格是橡皮筋受到的拉力F與伸長量x的實驗記錄.請作出F－x圖象，由圖象可求得該橡皮筋的勁度系數(shù)k＝________N/m.(4)這種橡皮筋的Y值等于________．,答案：(1)D(2)毫米刻度尺螺旋測微器(3)圖象見解析圖3.1102(4)5106Pa,6．(2011南京模擬)17世紀英國物理學(xué)家胡克發(fā)現(xiàn)：在彈性限度內(nèi)，彈簧的形變量與彈力成正比，這就是著名的胡克定律．受此啟發(fā)，一學(xué)習(xí)小組同學(xué)研究“金屬線材伸長量與拉力的關(guān)系”的探究過程如下：A．有同學(xué)認為：橫截面為圓形的金屬絲或金屬桿在彈性限度內(nèi)，其伸長量與拉力成正比，與截面半徑成反比．B．他們準備選用一些“由同種材料制成的不同長度、不同半徑的線材”作為研究對象，用測距儀、傳感器等儀器測量線材的伸長量隨拉力變化的規(guī)律，以驗證假設(shè)．,C．通過實驗取得如下數(shù)據(jù)：D．同學(xué)們對實驗數(shù)據(jù)進行分析、歸納后，對他們的假設(shè)進行了補充完善．,(1)上述科學(xué)探究活動中，屬于“制定計劃”和“搜集證據(jù)”的環(huán)節(jié)分別是________、________.(2)請根據(jù)上述過程分析他們的假設(shè)是否全部正確？若有錯誤或不足，請給予修正．,解析：確定研究對象，選取實驗器材屬“制定計劃”；實驗過程和測量數(shù)據(jù)屬“搜集證據(jù)”．研究伸長量x與拉力F、長度L、直徑D的關(guān)系時，采用控制變量法，比如長度、直徑不變，再研究伸長量與力的關(guān)系，這種方法稱為控制變量法．這是物理實驗中的一個重要研究方法．,答案：(1)BC(2)他們的假設(shè)不是全部正確．在彈性限度內(nèi)，金屬絲(桿)的伸長量與拉力成正比，與截面半徑的平方成反比，還與金屬絲(桿)的長度成正比,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,